遍历定理及其应用文献综述

 2022-01-18 22:26:37

全文总字数:2029字

虽说遍历理论在1900-1930年,在von Neuman,Birkhoff,Hopf和其他大师们的手中获得发展,为了把经典力学和统计力学联系起来,做出了巨大贡献(P. R. Halmos, Lectures

on Ergodic Theory, 1956),但是,缺乏物理上具体的应用例子。再加上数学上的复杂性,使得大部分从事统计力学的研究人员要么完全忽略掉遍历理论,要么对其采取敌视态度(比如Landau amp; Lifshitz,1958,pp. ix)。比如本人博士论文的工作,乃是做分子动力学时,实时更新体系的哈密顿,但是没有做补偿,所以哈密顿不是守恒量。别说数学家,物理学家眼里我做的都是nonsense的(开始没有想理论细节,好在二师兄发现的及时,我补了些benchmark,验证了能量守恒性,过了答辩);但是由于是在NPT系综模拟的,哈密顿的涨落(修改力场后体系总能量的数值没有单调增加或递减)远远小于thermostat和barostat带来的体系总能的涨落,虽然原理上不严谨,但是在技术上没有出问题,结果也跟实验符合的很好(其实是运气好)。如上所述,在1970年代,统计力学没有及时补充遍历理论的发展(V. Arnold and A. Avez,Ergodic Problems of Classical Mechanics, 1968;P. Billingsley, Ergodic Theory and Information, 1965),比如说Sinai的工作(Russ. Math. Surv. 25(2):137 (1970))。到了1972年遍历理论和统计力学已经有了巨大的鸿沟。遍历理论在数论和信息论上的应用使得一些数学家也在搞,但是数学向的文章充斥着数学界的术语,让从事物理研究的人完全看不懂(看上去现在也没好到哪去)。但是,遍历理论的数学进展不仅提供了联通经典力学与统计力学的桥梁,还给解决不可逆性这个统计力学中的老问题以新的思路。不过1960年代末、1970年代初的时候,一些物理学家已经发现了这个问题,写了一些数普(把数学普及给物理学界)比如:

G. Walker, J. Ford, Phys. Rev. 188, 416 (1969)

B. Chirikov, Translation 71-40, CERN, Geneve, 1971

A. S. Wightman, Statistical Mechanics at the Turn of the Decade, 1971, pp. 1-32,

J. Ford, Lectures in Statistical Physics, Vol. II. 1973。

据称重点是C-system,而且可以用混合硬球气体来理解。细节等慢慢补充。

1. Boltzmann本人的理解,一个能量曲面上的一条轨迹可以填满整个曲面。而且,如果体系的初始相点在非平衡区域,那么经过足够长时间,体系的相点将主要分布在平衡区域。而且代表平衡态的相点远多于代表非平衡态的相点。但是他的理论遭遇了质疑,Loshmidt提出了reversibility佯谬,Zermelo提出了recurrence佯谬来质疑他。

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